Екі диэлектрлік орталардың шекарасындағы шағылу және сыну заңдарын зерттеу

2.7. Светодиодтар мен масканың үш түрлі орналасулары үшін тәжірибені (2.5 – 2.6 п.) қайталаңыздар. “Артқы” фокустық қашықтықтың орташа мәнін есептеңіздер.

2.8. Сәулелердің қалыптастырғышын линзаға жақындатыңыздар.

2.9. Әр светодиодтың бір сәулесі болсада сәулелерді қалыптастырушыдан шыққан кезде горизонтал жазықтыққа перпендикуляр болғанша 2 бекіткіштің жазықтығында әр қосылған светодиодты жылжыту керек. Екі светодиодтан осындай екі сәуле қалыптасу керек.

2.10. Линза мен қалыптастырғыш арасындағы кеңістікте осы сәулелердің жолын байқаңыздар және қиылысу нүктесінен линзаға дейінгі қашықтықты өлшеңіздер. Нәтижені № 2 кестеге жазыңыздар.

№	Жоғарғы свето-диодтың орны	Төменгі светодиод-тың орны	Линзадан сәулелердің қиылысуына дейінгі қашықтық (фокустық қашықтық – f)
1
2
3
4
5
	орташа мәні

2.11. Светодиодтар мен масканың үш түрлі орналасулары үшін тәжірибені (2.9 – 2.10 п.) қайталаңыздар. “Алдынғы” фокустық қашықтықтың орташа мәнін есептеңіздер.

2.12. Тәжірибені 2.3 – 2.11 п қайталап, алынған нәтижелерді 3 және 4 кестелерге жазыңыздар.

№ 3 кесте

№ 4 кесте

3.2. Заттар кеңістігіндегі параллель сәулелер шоғы кескіндер кеңістігінде шашырайтын болса, линза туралы не айтуға болады?

3.3. Заттар кеңістігіндегі параллель сәулелер шоғы кескіндер кеңістігінде де параллель болса, линза туралы не айтуға болады?

№ 6 лабораториялық жұмыс

Екі жіңішке саңылаулардан шығатын сәулелердің интерференциясын зерттеу

Юнг тәжірибесі (1802 ж.) тарихи жарықтың толқындық теориясының негізінде түсіндірілген бірінші интерференциялық тәжірибе болып табылады. Юнг тәжірибесінде жарық жіңішке саңылаудан өтіп S₁ және S₂ екі жақын орналасқан саңылаулары бар экранға түседі (1сур.). Әр саңылаудан өткен жарық шоғы дифракция нәтижесінде кеңейеді және сондықтан ақ экранда жарық шоқтары қабаттасады. Жарық шоқтарының қабаттасқан аумағында жарық және қара-қоңыр жолақтардан тұратын интерференциялық бейне байқалады.

Бұл жерде a – толқын амплитудасы, k = 2π / λ – толқындық сан, λ – толқын ұзындығы, ω = 2πν – циклдық жиілік. Оптикада Е - толқынның электр өрісі кернеулігі векторының модулі болып табылады. Р нүктесінде екі толқын қосылғанда қорытқы тербелістің жиілігі ω тең болады, ал амплитудасы A шамасына және фазасы φ шамасына ие болады:

(1)

бұл жерде Δ = r₂ – r₁ – жол айырымы деп аталады.

Осы теңдеуден интерференциялық максимум (жарық жолақ) байқалу үшін келесі шарт орныдалу қажет Δ = mλ (m = 0, ±1, ±2, ...). Бұл кезде I_max = (a₁ + a₂)² > I₁ + I₂. Интерференциялық минимум (қара-қоңыр жолақ) байқалу үшін Δ = mλ + λ / 2 тең болу керек. Интенсивтіктің минимал мәні I_min = (a₁ – a₂)² < I₁ + I₂. 2 суретте интерференциялық бейнедегі жарық интенсивтігінің жол айырымына тәуелді үлестірілуі көрсетілген.

Бұл жағдайда I_max = 4I₀, I_min = 0.

бұл жерде  - Р бақылау нүктесіндегі сәулелердің жиналу бұрышы. Сан жағынан бағалайық. S₁ және S₂ саңылауларының арасындағы d қашықтық 1 мм тең болсын, ал саңылаулардан экранға дейінгі қашықтық L = 1 м болса, онда ψ = d / L = 0,001 рад. Жасыл жарық үшін (λ = 500 нм) Δl = λ / ψ = 5 · 10⁵ нм = 0,5 мм тең болады. Қызыл жарық үшін (λ = 600 нм) Δl = 0,6 мм. Осындай әдіспен Юнг ең алғашқы рет жарық толқындарының ұзындықтарын өлшеген, бірақ ол өлшеулердің дәлдігі аз болған.

Нақты жарық толқындары дәл монохромат болмайды. Сәуле шығарудың сипатты іргелі физикалық себептер бойынша статистикалық болады. Жарық көзінің атомдары кездейсоқ уақыт мезеттерінде бір бірінен тәуелсіз сәуле шығарады, әр атомның сәуле шығару процессі аз уақыта өтеді (τ ≤ 10^–8 с). Жарық көзінің қорытқы сәулелері әр уақыт мезетінде көптеген атомдардың үлестерінен қосылады. τ тең уақыттан кейін сәуле шығаратын атомдардың жиыны өзгереді. Сол себептен қорытқы сәулелердің амплитудасы мен фазасы басқа болады. Нақты жарық көзінің шығаратын толқынның фазасы шамамен τ тең уақыт аралығында ғана жуықтап тұрақты болады. Ұзақтығы τ тең сәулелердің бөлек “үзінділері” цугтар деп аталады. Цугтың кеңістік бойынша ұзындығы сτ тең болады, с – жарық жылдамдығы. Әртүрлі цугтардағы тербелістер бір бірімен байланыспаған. Сонымен нақты жарық толқыны фазалары ретсіз өзгеретін толқындық цугтардың тізбегі болып табылады. Әртүрлі цугтардағы тербелістер когерентті емес болады.Тербелістер фазасы жуық шамамен тұрақты болатын τ уақыт аралығын когеренттілік уақыты деп атайды. Интерференция тек когерентті толқындардың қабаттасуынан пайда болады, б.а. бір цугқа қатысты тербелістердің қабаттасуынан. Осы тербелістердің әр қайсысының фазалары да уақыт бойынша кездейсоқ өзгерістерге ұшырап отырады, бірақ ол өзгерістер бірдей болады, сондықтан когерентті тербелістердің фазалар айырымы тұрақты болады. Бұл жағдайда орнықты интерференциялық бейне байқалады және өрістердің суперпозиция принципі орындалады. Когерентті емес толқындар қабаттасқан кезде фазалар айырымы уақыт бойынша кездейсоқ функция болады. Интерференциялық жолақтар ретсіз орын аустырып отырады және оптикалық эксперименттердегі тіркеу уақыты когеренттілік уақытынан көн үлкен болғандықтан (Δt >> τ), Δt уақытында толық орташалау болады. Тіркеуші құрал (көз, фотопластика, фотоэлемент) бақылау нүктесінде екі тербелістің интенсивтіктерінің қосындысына тең I₁ + I₂ орташаланған шамасын тіркейді. Бұл жағдайда интенсивтіктердің қосылу заңы орындалады.